[发明专利]半主动调频振动能量俘获器

说明书

[技术领域]

本发明涉及振动能量俘获技术领域，具体地说是一种半主动调频振动能量俘获器。

[背景技术]

随着微电子技术的发展，微电子器件工作需要的能源更少,这使得俘获自然环境下的能量为微电子器件供电成为可能。俘获自然环境下的能量为微电子器件供电，不仅节能，而且不依赖外部电源更加便捷可靠，尤其在一些不方便进行外部供电或更换电池的工作环境中更是如此。机械振动是最普遍的可以俘获的能量。目前振动能量俘获技术主要分为三种类型：(1)利用电磁换能装置将振动机械能转换为电能的电磁式；(2)利用静电发生器将振动机械能转换为电能的静电式；(3)利用压电材料的压电效应将振动机械能转换为电能的压电式。通过比较压电式、电磁式和静电式等俘能方法的能量密度，发现压电式具有更大的功率密度。而且，压电式俘能装置结构简单，便于系统模块化、集成化和微型化，有利应用于工程实践。

压电振动能量俘获器的结构设计对于提高能量俘获效率具有非常关键的作用。压电悬臂梁是最基本的振动俘能器结构。人们为了提高压电振动俘能器的俘能性能设计了很多种结构，比如双层压电悬臂梁、变厚度压电梁和施加预应力的压电膜等。而通过使压电振动俘能器共振增加压电材料的变形量从而增加能量俘获效率是一种有效的途径。因为自然环境下振动频率一般较低，很多研究者通过降低振动压电俘能器的固有频率以使之更容易在自然环境下共振从而提高俘能效率，设计了基于弹簧的振动能量俘获结构、基于高分子聚合物的振动能量俘获结构等。很多研究者设计了宽频的振动能量俘获器从而提高俘能效率，比如基于非线性的振动能量俘获器，主动调频的振动能量俘获器和悬臂压电梁阵列的俘能器等。

尽管如此，但自然环境下振动频率复杂多变，低频的振动俘能器应用受到局限，所谓宽频的振动俘能器适用的频域也很有限，而主动调频振动能量俘获器需要消耗能量进行控制，并不能有效的提高能量俘获效率，悬臂压电梁阵列虽然可以匹配多个激励频率，但整体利用率不高。

[发明内容]

本发明的目的就是要解决上述的不足而提供一种半自动调频振动能量俘获器，能够在更宽的频域下俘获更多的能量，提高了俘能效率，克服了现有压电振动能量俘获器应用频域窄、俘能效率低的问题。

为实现上述目的设计一种半主动调频振动能量俘获器，包括电磁振动俘能组件1、基座2、电控板3、频率调节组件4和压电悬臂梁5，所述电磁振动俘能组件1、电控板3安装在基座2上，所述电磁振动俘能组件1与电控板3电联接，所述电控板3与频率调节组件4电联接，所述频率调节组件4安装在压电悬臂梁5末端，所述压电悬臂梁5首端固定连接在基座2上，所述压电悬臂梁5与电控板3电联接。

所述电磁振动俘能组件1由振动磁铁6、振动弹簧7和磁感应线圈8组成，所述磁感应线圈8安装在基座2上，所述振动弹簧7一端安装在磁感应线圈8内，所述振动弹簧7另一端装有振动磁铁6，所述磁感应线圈8与电控板3电联接。

所述电磁振动俘能组件1设有至少一个，至少一个所述电磁振动俘能组件1均与电控板3电联接。

所述频率调节组件4包括电磁铁一9、电磁铁二10、两个支座11、光轴12、滑动磁铁13和滑动弹簧14，所述电磁铁一9、电磁铁二10均通过支座11安装在压电悬臂梁5上，所述光轴12设置于两个支座11之间，所述光轴12上穿设有滑动弹簧14和滑动磁铁13，所述电磁铁一9、电磁铁二10均与电控板3电联接，所述电磁铁一9产生的磁场方向与滑动磁铁13磁场方向相同，所述电磁铁二10产生的磁场方向与滑动磁铁13磁场方向相反。

所述两个支座11均选用绝缘轻质材料制成，所述光轴12选用轻质材料且表面光滑材料制成，所述滑动弹簧14选用轻质弹性材料制成，所述滑动弹簧14始终处于压缩状态。

所述基座2的纵截面呈L型，所述电磁振动俘能组件1、电控板3安装在基座2的横向板上，所述压电悬臂梁5首端安装在基座2的纵向板上。

所述压电悬臂梁5包括轻质弹性悬臂梁15和压电片16，所述压电片16粘贴在轻质弹性悬臂梁15上。

所述压电片16设有一块，所述压电片16粘贴在轻质弹性悬臂梁15的上表面或下表面。

所述压电片16设有两块，两块所述压电片16分别粘贴在轻质弹性悬臂梁15的上表面和下表面。